JPH02302252A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、周期的に出現するエコー信号レベルのムラを
低減する超音波診断装置に関する。

〔従来の技術〕

第７図は生体内で信号レベルにムラが現れる部位の例を
示す図、第８図は走査線補間法を採用した場合において
信号レベルムラが現れる例を示す図である。

超音波診断装置は、所謂パルスエコー法を採用したもの
であり、被検体としての生体内へ超音波パルスを送波し
て生体内部の音響インピーダンス不連続点からの反射波
を受波し、エコー信号の生体内超音波伝播による減衰分
を補正した後、エコー振幅を輝度変調することによって
ブラウン管上に断層像として表示している。

このような電子走査式超音波診断装置では、横方向分解
能を向上させるため、走査線補間法を採用する場合が多
い。その例としては、アレイプローブを使用した超音波
診断装置において、プローブの走査方向の分解能を向上
させるために、１回の超音波送波パターンから２つの受
波パターンを得ることで擬似的に振動子間隔の１／２の
走査間隔を得ている場合がある。その概要を第７図面の
簡単な説明する。

第７図において、４１は送波パターン、４２と４３は受
渡パターン、４４はプローブ、４５は送波ビーム、４６
は受波ビーム、４７は反射体（被検体）を示す。

反射体４７は、図示のようにプローブ４４に対して斜め
になっているものである。送波パターン４１は、プロー
ブ４４の送波信号によるものであり、受波パターン４２
は、２つの受波パターンの内で左寄りの振動子群を使用
したもの、受渡パターン４３は、２つの受渡パターンの
内で右寄りの振動子群を使用したものである。また、送
波ビーム４５は、送波パターン４１で送波された超音波
ビームであり、受波ビーム４６は、超音波ビーム４５が
反射体４７で反射した後の超音波ビームである。

図から明らかなように受渡パターン４２と４３で得られ
る信号強度では、右寄りの振動子群を使用した受渡パタ
ーン４３の方が強い。そのため、この反射体４７が等し
い角度で続いていれば、反射体４７によるエコー信号レ
ベルは、走査線毎に強弱を繰り返すので、出力画像にお
いて、反射体４７の像は滑らかな像とはならずに、破線
状の像となってしまう。このエコー信号の走査線毎の強
弱を本願では信号レベルムラと呼ぶ。また、信号レベル
ムラが輝度変調され画像として表示された時にこのムラ
を輝度ムラと呼ぶことにする。

上記の例は、断層像の広い範囲にわたって輝度ムラが生
ずる場合であるが、反射体（被検体）がより複雑な組織
構造をもつ生体の場合においては、超音波ビーム軸に対
し、角度を持つ反射面は必ずしも広い範囲にわたるとは
限らず、局所的に現れる場合が多い。例えば第８図（ａ
）に示すような生体内部において、滑らかな面をもつ血
管壁５１の一部は、超音波断層像とした場合、同図ら）
の血管壁ａ’［ｓ５１’　に示すように輝度ムラを生ず
るが、そのような構造を持たない周辺の組織には輝度ム
ラが生じない。即ち、走査線補間法に伴う輝度ムラは、
局所周期性をもって現れることが多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような周期的局所的な輝度ムラを緩和するために
は、隣接画素との平均化を行えばよいが、全ての画素を
平均化してしまうと、せっかく向上させた方位分解能が
劣化してしまうため、意味をなさない。

また、画像をフーリエ変換などで周波数平面に変換し、
ローパスフィルタ等を通した後に周波数平面から画像に
逆変換を行う等の方法もあるが、この方法では、アルゴ
リズムが複雑で高速処理は困難である。

このように周期的局所的輝度ムラの発生位置を断定する
ことは、従来技術では非常に困難であった。

また、一般に使用されているアベレージング処理等では
、画像全域にわたって等しい処理を行ってしまうために
、エツジの鈍化や特異点の消失等で画像のボケを助長す
るという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、その目
的は、画素信号レベルの簡単な演算によって周期的局所
的な輝度ムラの度合を検出することである。本発明の他
の目的は、輝度ムラの度合によって平滑化処理を行うこ
とによって、周期的局所的な輝度ムラのみを緩和した画
像を提供することであり、さらに、エツジ部分だけを残
しながら他の画素をスムージングした画像などを提供す
ることである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、複数の振動子が配列された超音波
プローブを有し、指向性の異なる複数の送受信サイクル
で超音波ビームの走査を行って被検体から反射されるエ
コー信号により断層像を表示する超音波診断装置におい
て、画像内の各画素に対しそれぞれの近傍画素間の演算
によりエコー信号レベルムラの度合を検出するエコー信
号レベルムラ検出手段と、エコー信号レベルムラの度合
に基づいてエコー信号レベルの補正を行うエコー信号レ
ベル補正手段とを具備したことを特徴とするものである
。さらに、エコー信号レベルムラ検出手段は、近傍画素
のエコー信号レベル分布を空間周波数成分に分解し、高
周波成分と低周波成分との大小関係を比較することによ
りエコー信号レベルムラの度合を検出し、或いは、画素
間において加減算のパターンを変えることにより周期的
なエコー信号レベルムラの度合を検出することを特徴と
するものである。この場合、異なる加減算のパターンで
演算した値の相対的な比較に基づいて周期的なエコー信
号レベルムラの度合を検出することを特徴とするもので
ある。また、エコー信号レベル補正手段は、エコー信号
レベルムラの度合に基づいて補正の度合を変化させるこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の超音波診断装置では、エコー信号レベルムラ検
出手段において画像内の各画素に対しそれぞれの近傍画
素間の演算によりエコー信号レベルムラの度合を検出す
るので、画素間で周期的局所的なレベルムラと特異点と
の識別を容易に行うことができる。また、エコー信号レ
ベル補正手段では、特異点と識別されたエコー信号レベ
ルムラの度合に基づいてエコー信号レベルの補正を行う
ので、特異点に対してエツジの鈍化等の悪影響を与える
のを防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る超音波診断装置の信号レベルムラ
補正方式の１実施例を説明するための図である。

まず、説明を簡単にするために、画素の信号レベルは離
散的値をとり、以下にその値を階調値として表現するも
のとする。

°　第１図において、輝度ムラ検出部１は、超音波診断
装置の超音波ビーム軸に直交する方向に並んだ４つの連
続する画素Ｐ、、Ｐ２、Ｐ、、Ｐ、のそれぞれの階調値
ｄ＋、ｄａ、ｄｉ、ｄ＜を入力し、これらのデータ列に
おける輝度ムラの程度を検出するものであり、データ列
ｄ、　、ｄｉ、ｄ３、ｄ４について高周波成分と低周波
成分を検出してその大小関係から輝度ムラの程度を判定
し、輝度ムラの度合を示す輝度ムラ信号ｋを生成してい
る。信号レベル補正部２は、輝度ムラ検出Ｂ１によって
検出された輝度ムラについてレベル補正を行うものであ
り、′輝度ムラ信号ｋに基づいてデータ列ｄ＋、ｄｚ、
ｄａ、ｄｉのうち、中央のデータｄ２、ｄｓに対して輝
度ムラ補正を行ってその補正後の輝度信号ｄ２’、ｄ％
を出力する。

本発明に係る超音波診断装置の信号レベルムラ補正方式
は、例えば１画素毎に起こる輝度ムラが、高周波成分の
周期的な繰り返しであるのに対して、例えば特異点が、
このような輝度ムラによる周期的な繰り返しよりも低い
周波数成分を有することに着目したものである。即ち、
データ列が輝度ムラのみの場合には、高周波成分の出力
がその輝度ムラに対応した大きい値を示すが、低周波成
分の出力は検出されない。しかし、特異点がある場合に
は、低周波成分の出力がその特異点の程度に応じて大き
くなり、高周波成分と低周波成分との差が相対的に小さ
くなる。つまり、高周波成分の出力は、輝度ムラの大き
さに依存した値を示し、低周波成分の出力は、特異点の
大きさに依存した値を示す。したがって、高周波成分の
出力と低周波成分の出力との大小関係から輝度ムラの度
合を判断し輝度ムラ補正を行うことができる。

次に、１画素毎に起こる信号レベルムラ、即ち輝度ムラ
の検出原理について説明する。

第２図は輝度ムラの例を示す図、第３図は輝度ムラ部分
と特異点部分の濃度分布の差を示す図である。

超音波診断装置の超音波ビーム軸に直交する方向に並ん
だ４つの連続する画素Ｐ＋、Ｐｉ、Ｐｓ、Ｐ４で発生す
る輝度ムラは、第２図ら）に示す場合、 ｄｌ　＝ｄ＊　＝ａ　　　　ｄａ　＝ｄ＊　＝ｂとなり
、 ｋ＋　＝ｌａ＋　　ｃ＋２　＋ｄ３　ｄｏ　　１＝２１
ａ−ｂｌ により、ｋｌなる値を求めと、この値は、輝度ムラの度
合を表すことになる。即ち、ａとｂとの差が大きいほど
輝度ムラが顕著に現れていると考えることができる。こ
こで絶対値で表したのは、同゛　じ輝度ムラでも、第２
図ら）に示すようにｄｌ　＝ｄ＊　＝ａ　　　　ｄｌ　
＝ｄａ　＝ｂの場合と、同図（Ｃ）に示すように ｄｌ　＝ｄ３＝ｂ　　　　ｄ２　＝ｄ４　＝ａの場合の
２つがあり、これらを同一に処理できるようにするため
である。

しかし、上記に、の値だけでは特異点と輝度ムラとの区
別をつけることはできない。それは、例えば第３図（ｂ
）に示す ｄ、＝ｄｑ　＝ａ　　　　ｄ、＝ｄ４＝ｂに対して同図
（Ｃ）に示す ｄｌ　＝ｄ２　＝ｄ４　＝ａ　　　ｌ　＝２ｂ−ａの場
合にもに＋の値は２１ａ−ｂｌと等しくなるからである
。

そのため、本発明では、さらに、次のに２なる値を用い
る。

ｋ２＝ｌｄ＋　＋ｄ＊　　ａ３　　ｄ４　ｌこのに２の
値をみると、第３図ら）と（Ｃ）の場合では、前者がＯ
となるのに対し、後者が２１ａ−ｂｌとなる。即ち、輝
度ムラのみが存在する第３図（ｂ）の場合には、 ｋ＋＝２１ａ　ｂｌ、ｋ２＝０　’？？あったのに対し
、特異点のある同図（Ｃ）の場合には、ｋ＋＝２１ａ　
　ｂｌ、ｋａ　＝２１　ａ　　ｂ　１となっている。し
たがって、ｋ、とに２を比較することによって１画素毎
の輝度ムラの度合を検出することができる。

そこで、上記のようにして検出した輝度ムラの度合に基
づき、例えば の場合分けによりｋを設定し、中央の２画素の階調値ｄ
、、（Ｌに対して により階調値の補正を行うようにすると、１画素毎の輝
度ムラを緩和することが可能となる。

上述のように、ｋ＋は、輝度ムラのみの場合にその輝度
ムラの大きさに応じた値を示すのＳｌこれを輝度ムラ係
数ということができ、ｋ２は、輝度ムラのみの場合には
０であるが特異点がある場合にはその特異点の大きさに
応じた値を示すので、これを特異点係数ということがで
きる。そして、ｋは、輝度ムラ係数に、と特異点係数に
２の大小関係に応じた場合分けにより値が決定され、そ
の値に基づいて中央の２画素が補正されるので、これを
補正係数ということができる。

また、輝度ムラ補正処理を高速かつ簡単に行うには、上
記■の場合分けをさらに簡単に行えばよい。例えば、 とすればより高速に処理できる。また、ｋの値を変える
ことにより輝度ムラ補正の度合を調整することもできる
。

上記■の場合の輝度ムラ補正処理前後の画素階調値の変
化をみると、ｋ２よりに、が大きいときのみ平滑化の処
理を行い、そのほかの場合には、ｋ＝ｏとなるから、ｄ
ｏ　’　＝ｄ２、ｄ３’　＝ｄｓとなるので、処理前後
で画素階調値は変化しない。

つまり、輝度ムラが検出された場合にのみ平滑化が行わ
れ、そのほかの場合には何の処理も行われない。

また、上記■の場合分けを次のように変えてもよい。

この■による場合分けと■による場合分けとを比較する
と、ｋ、＝ｋｉの時、後者ではに＝０となるが、前者で
はに＝３となる。よって、■に比較して■の場合分けで
は、より多くの画素に対して平滑化が行われる。したが
って、■による場合分けによると、輝度ムラが検出され
た場合にのみ平滑化を行うというよりも、エツジ部分が
検出された場合にのみ何も処理を行わず、そのほかの場
合に平滑化を行うことになる。

このようにに＋　、に２の微妙な大小関係の場合分けに
よって、目的に応じた画像の平滑化が簡単に可能となる
。

さらには、ｋ１／に、のような比をｋに変えることでよ
り細かい度合での補正処理も可能となる。

次に本発明を適用した超音波診断装置の例を説明する。

第４図は本発明に係る超音波診断装置の１実施例構成を
示す図、第５図は信号レベルムラ補正を行う具体的な回
路構成例を示す図、第６図はフィールドメモリの内容を
示す図である。

第４図において、１１は超音波プローブ、１２は送受信
回路、１３は検波回路、１４はＡ／Ｄ変換器、１５は画
像メモリ、１６はムラ検出回路、１７は信号補正回路、
１８は表示器を示す。

超音波プローブ１１は、電気音響相互変換素子からなる
ものであり、送受信回路１２は、超音波プローブ１１を
パルス状に駆動して超音波を送波させ、被検体で反射し
超音波プローブ１１で受波した超音波の一部に対応する
電気信号を受信するものである。検波回路１３は、送受
信回路１２で受信した電気信号を検波するものであり、
その出力信号がＡ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換
され、画像メモＩＪ　ｌ　５に格納される。そして、こ
の画イ象メモリ１５に格納されたデータがエコー像とし
て表示器１８に表示される。本発明に係る超音波診断装
置では、このような回路にムラ検出回路１６、信号補正
回路１７を備えたものであり、これらの回路によりエコ
ー信号レベルムラを補正している。

ムラ検出回路１６は、画像メモリ１５からデータを読み
出し、各画素に対しそれぞれ近傍画素との演算を行って
エコー信号レベルムラの度合を検出するものである。信
号補正回路１７は、ムラ検出回路１６により検出された
エコー信号レベルムラの度合に基づいて対応する画素の
エコー信号レベルを補正するものであり、その補正され
た信号で画像メモＩＪ　ｌ　５の内容が更新され、表示
器１８に表示される。

上記ムラ検出回路１６及び信号補正回路１７の具体的な
構成例を示したのが第５図である。

第５図において、２１と２２はフィールドメモリ、２３
〜２５はラインメモリ、２６．２７．３０と３３は減算
器、２８．２９．３４は加算器、３１と３２は絶対値化
回路、３５はシフタ、３６は判定回路、３７はマルチプ
レクサを示す。

フィールドメモリ２１は、奇数（ＥＶＥＮ）、フィール
ドメモリ２２は、偶数（０口Ｄ）で、それぞれ第６図に
示すように指向性の異なる２つの超音波画像データを格
納したものであり、交互に読み出すことにより輝度ムラ
を含む通常の画像が得られる。

ラインメモリ２３〜２５は、ＦＩＦＯ構成のものであり
、図示しないＣＲＴの水平同期信号Ｈ３に同期して、フ
ィールドメモリ２１．２２から交互に１ラインずつ読み
出した画像データをドツトクロックに同期して１画素ず
つ順次書き込むものである。したがって、それぞれのラ
インメモリ２３〜２５は、ｌＨ８周期前にそのラインメ
モリに書き込まれた画像データを出力する。そのため、
３Ｈ３周期経過後、ラインメモリ２５は、１番目に書き
込まれたデータＤＡＴＡＩ。を、また、ラインメモリ２
４は、２番目に書き込まれたデータＤＡＴＡ１．を、ラ
インメモリ２３は、３番目に書き込まれたデータＤＡＴ
Ａ２゜をそれぞれ保持することになる。そして、次のＩ
Ｈ３周期内については、フィールドメモリの出力（この
場合には、（ＢＶＢＮ）のフィールドメモリ２１側）と
しては、データＤＡＴＡ２．を出力し、ラインメモリ２
３．２４．２５は、それぞれデータＤＡＴＡ２゜、ＤＡ
ＴＡｌ、　、ＤＡＴＡＩ。を出力することになる。

これらの各出力データをＤｌ、Ｄ２、Ｄ２、Ｄ。

とすると、各ドツトクロツタの単位では、Ｄ、〜Ｄ、を
超音波ビーム方向に直行する画像データ群として扱うこ
とができ、それぞれが前述したｄ１〜ｄ、に対応する。

加算器３４とシフタ３５は、平滑処理を行う回路であり
、Ｄ３、Ｄｉ　、Ｄｓ　、Ｄ４からなる４つのデータの
うち中央の２つのデータＤ、　、Ｄ、を加算器３４で加
算し１ビツトシフトすることにより（Ｄ、＋０３　）／
２の演算を行っている。これは、輝度ムラ補正のための
平滑処理をするしないにかかわらず行っている。

減算器２６と２７と加算器２９と絶対値化回路３１は、
先に説明したアルゴリズムに従って輝度ムラ係数に１を
演算する回路を構成するものであり、同様に減算器２６
と加算器２８と減算器３０と絶対値化回路３２は、特異
点係数に２を演算する回路を構成するものである。

そして、減算器３３は、輝度ムラ係数に１と特異点係数
に２との差Ｋを求めるものであり、判定回路３６は、減
算器３３により求めた差にの値によりセレクト信号ＳＥ
Ｌを生成するものである。

つまり、これらの回路では、上記■又は■の場合分は判
定を行っている。そして、上記■又は■の場合分は判定
の結果、補正係数に＝３に相当する場合には、平滑処理
を行うセレクト信号ＳＥＬとなり、補正係数に＝０に相
当する場合には、セレクト信号ＳＥＬを平滑処理を行わ
ないセレクト信号ＳＥＬとなる。

マルチプレクサ３７は、生データＤ２か加算器３４とシ
フタ３５で（Ｄ、＋Ｄ、）／２により平滑処理した補正
データかのいずれかを選択するものであり、その選択内
容を指定するのがセレクト信号ＳＥＬである。

出力データは、入力されたラインのうち２番目のライン
のデータｄ２として出力され、図示しないＤ／Ａ変換器
により輝度信号に変換されＣＲＴ上に表示される。

これらの処理は、ｌラインのドツトクロックに同期して
ドツト数だけ繰り返し行われるので、１１ライン終了後
には、フィールドメモリ２１から読み出した画像データ
ＤＡＴＡ２．がラインメモリ２３に、その前にフィール
ドメモリ２２から読み出した画像データＤＡＴＡ２゜が
ラインメモリ２４に、さらにその前にフィールドメモリ
２１から読み出した画像データＤＡＴＡ１．がラインメ
モＩＪ２５にそれぞれｌラインずれて保持されることに
なる。

同様に、ＣＲＴの水平同期信号Ｈ３に同期して上記の処
理を繰り返して行うことによって３番目のラインとして
ＣＲＴ上に表示される。そして、これらの操作をｎ回繰
り返して行うことにより、輝度ムラが補正された１枚の
画像が得られる。

なお、本発明は、上記の実施例に限萱されるものではな
く、種々の変形が可能である。上記の実施例では、連続
する画素が４の場合に限定して説明したが、より広い画
素領域に適用してもよい。

この場合、広い画素領域の輝度ムラを検出するた−めに
は、ｋ、　、ｋ２で扱う画素数を多くすればよい。また
、上記の実施例では、デジタル信号による処理を説明し
たが、アナログ信号においても同様に処理可能であるこ
とは勿論である。また、超音波診断装置内に組み込んだ
場合の信号レベルムラ補正について説明したが、画素毎
に輝度ムラが生じる他の装置にも適用できることはいう
までもない。さらには、１画素単位で輝度ムラが生じる
場合を説明したが、数画素単位で輝度ムラが生じる場合
にも同様に適用できる。この場合には、その数画素単位
の周期に対応する周波数の成分を高周波成分として検出
することになる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、数画
素単位でおきる輝度ムラを加減算により検出するので、
簡単な演算で輝度ムラの検出、輝度ムラの補正をするこ
とができる。しかも、輝度ムラの成分に依存する信号と
特異点の成分に依存する信号とを大小比較して輝度ムラ
の度合を判断するので、エツジの鈍化等の悪影響を伴わ
ず効果的な輝度ムラの補正を行うことができる。また、
輝度ムラと特異点の識別を２通りの加減算パターンによ
り行うので、検出手段を単純な構成にすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の信号レベルムラ
補正方式の１実施例を説明するための図、第２図は輝度
ムラの例を示す図、第３図は輝度ムラ部分と特異点部分
の濃度分布の差を示す図、第４図は本発明に係る超音波
診断装置の１実施例構成を示す図、第５図は信号レベル
ムラ補正の具体的な回路構成例を示す図、第６図はフィ
ールドメモリの内容を示す図、第７図は生体内で信号レ
ベルにムラが現れる部位の例を示す図、第８図は走査線
補間法を使用した場合において信号レベルムラが現れる
例を示す図である。 １・・・輝度ムラ検出部、２・・・信号レベル補正部、
１１・・・超音波プローブ、１２・・・送受信回路、１
３・・・検波回路、１４・・・Ａ／Ｄ変換器、１５・・
・画像メモリ、１６・・・ムラ検出回路、１７・・・信
号補正回路、１８・・・表示器。 出　願　人　　　テルモ株式会社 代理人　弁理士　阿　部　龍　吉（外５名）第１　ズ 第２図。 第８図 （ａ）　　　　　　　　　（ｂ） Ｉ′ａ　　　　　　　　田 ■ Ｄ　　　　　　　　　　　罎 へ 区　　　　肥５型疼ヤ　　制　　ロ Ｅ　ぐ＝　■型＝＝〉４

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の振動子が配列された超音波プローブを有し
   、指向性の異なる複数の送受信サイクルで超音波ビーム
   の走査を行って被検体から反射されるエコー信号を取り
   込んで断層像として表示する超音波診断装置において、
   画像内の各画素に対しそれぞれの近傍画素間のエコー信
   号レベルの演算によりエコー信号レベルムラの度合を検
   出するエコー信号レベルムラ検出手段と、エコー信号レ
   ベルムラの度合に基づいてエコー信号レベルの補正を行
   うエコー信号レベル補正手段とを具備したことを特徴と
   する超音波診断装置。
2. （２）エコー信号レベルムラ検出手段は、近傍画素のエ
   コー信号レベル分布を空間周波数成分に分解し、高周波
   成分と低周波成分との大小関係を比較することによりエ
   コー信号レベルムラの度合を検出することを特徴とする
   請求項１記載の超音波診断装置。
3. （３）エコー信号レベルムラ検出手段は、画素間におい
   て加減算のパターンを変えることにより周期的なエコー
   信号レベルムラの度合を検出することを特徴とする請求
   項１記載の超音波診断装置。
4. （４）異なる加減算のパターンで演算した値の相対的な
   比較に基づいて周期的なエコー信号レベルムラの度合を
   検出することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装
   置。
5. （５）エコー信号レベル補正手段は、エコー信号レベル
   ムラの度合に基づいて補正の度合を変化させることを特
   徴とする請求項１記載の超音波診断装置。